新型汽車防撞警報器設計說明書畢業(yè)設計產(chǎn)品說明書

1、 湄洲灣職業(yè)技術(shù)學院新型汽車防撞報警器設計說明書系 別：自動化工程系 年 級：10級專 業(yè)：電氣自動化技術(shù) 姓 名：葉青 學 號：1101010215導師：宋進 職 稱： 講 師 2013年5月27日24 / 26目錄1.前言12.系統(tǒng)設計技術(shù)參數(shù)要求23.系統(tǒng)設計33.1系統(tǒng)設計總體框圖33.2 各模塊原理說明43.2.1AT89C51模塊：43.2.2超聲波諧振頻率調(diào)理電路模塊：73.2.3超聲波回路接收處理模塊：83.2.4數(shù)碼管顯示模塊：93.3 系統(tǒng)總原理圖說明103.4 系統(tǒng)印刷電路板的制作圖103.5 系統(tǒng)的操作說明103.6 系統(tǒng)操作注意事項10參考文獻11致詞12附錄13附錄

2、一：電路總原理圖13附錄二：印刷電路板原理圖14附錄三：元件清單15附錄四：系統(tǒng)程序161.前言聲波在其傳播介質(zhì)中被定義為縱波。當聲波受到尺寸大于其波長的目標物體阻擋時就會發(fā)生反射，反射波稱為回聲。假如聲波在介質(zhì)中傳播的速度是已知的，而且聲波從聲源到達目標然后返回聲源的時間可以測量得到，那么就可以計算出從聲波到目標的距離。這就是本系統(tǒng)的防撞報警原理。這里聲波傳播的介質(zhì)為空氣，采用不可見的超聲波。接收回路中測得的超聲波信號共有兩個波束，第一個波束位余波信號，即超聲波接收頭在發(fā)射頭發(fā)射信號（一組40KHz的脈沖）后，馬上就接收到了超聲波信號，并持續(xù)一段時間。另一個波束為有效信號，即經(jīng)過被測物表面反

3、射的回波信號。超聲波測距時，需要測的是開始發(fā)射到接收到信號的時間差，需要檢測的有效信號為反射物反射的回波信號，故要盡量避免檢測到余波信號，這也是超聲波檢測中存在最小測量盲區(qū)的主要原因。 軟件控制脈沖發(fā)射、檢測回波信號：程序采用的是脈沖測量法，由單片機引腳產(chǎn)生40KHz 的脈沖信號，每次測量發(fā)射的脈沖數(shù)至少要12個完整的40KHz脈沖。同時發(fā)射信號前打開計數(shù)器，進行計時；等計時到達一定值后再開啟檢測回波信號，以避免余波信號的干擾。采用外部中斷對回波信號進行檢測（回波信號送到單片機的為一序列方波脈沖）。接收到回波信號后，馬上讀取計數(shù)器中的數(shù)值，此數(shù)據(jù)即為需要測量的時間差數(shù)據(jù)。經(jīng)過處理后得到這一次測

4、距值。假設室溫下聲波在空氣中的傳播速度是 340m/s，測量得到的聲波從聲源到達目標然后返回聲源的時間是t秒，則距離d可以由公式(1-1)計算：d=34560(cm/s)*t(s)，因為聲波經(jīng)過的距離是聲源與目標之間距離的兩倍，聲源與目標之間的距離應該是d/2。2.系統(tǒng)設計技術(shù)參數(shù)要求設計一個超聲波測距器，可以應用于汽車倒車、建筑施工工地以與一些工業(yè)現(xiàn)場的位置監(jiān)控，也可用于如液位、井深、管道長度的測量等場合。具體要求如下：(1)測量圍在0.5-1.11m，測量精度±1cm。(2)測量時與被測物體無直接接觸，能夠清晰穩(wěn)定地顯示測量結(jié)果。3.系統(tǒng)設計3.1系統(tǒng)設計總體框圖單片機顯示模塊超

5、聲波接收器R超聲波發(fā)生器T電源電路圖3-1 基于單片機的超聲波測距器系統(tǒng)框圖3.2 各模塊原理說明3.2.1AT89C51模塊本設計采用以AT89S51為核心的最小系統(tǒng)，其電路圖如圖3-2。圖3-2單片機最小系統(tǒng)原理圖1.功能特性概括：AT89C51提供以下標準功能：40個引腳、4K Bytes Flash片程序存儲器、128Bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM）、32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口、5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷、2個數(shù)據(jù)指針、2個16位可編程定時/計數(shù)器、2個全雙工串行通信口、看門狗（WDT）電路、片振蕩器與時鐘電路。此外，AT89S51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作,并支

6、持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM、定時/計數(shù)器、串行通信口、外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作。掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。2.本設計所用到管腳說明：(1) VCC:電源 (2) GND:地 (3) P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。 當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復用。在這種模式下，P0具有部上拉電阻。(4) P1口：P1口是一個具有部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL

7、邏輯電平。對P1端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸出口使用。作輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），具體如表3-1所示。在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。表3-1 P1口第二功能引腳號第二功能P1.0T2（定時器/計數(shù)器T2的外部計數(shù)輸入） ，時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）P1.5MOSI（在系統(tǒng)編程用）P1.6MISO（在系統(tǒng)編程用）P1.7SCK（在系統(tǒng)

8、編程用）(5) P2 口：P2 口是一個具有部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4個TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應用中，P2 口使用很強的部上拉發(fā)送 1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。(6) P3 口：P

9、3 口是一個具有部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個TTL 邏輯電平。對 P3 端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口亦作為AT89C51特殊功能（第二功能）使用，如表3-2所示。在flash編程和校驗時，P3口也接收一些控制信號。表3-2 P3口第二功能引腳號第二功能P3.0RXD（串行輸入）P3.1TXD（串行輸出）P3.2INT0(外部中斷 0)P3.3INT0(外部中斷 0)P3.4T0（定時器0外部輸入）P3.5T1（定時器1外部輸入）P3.6WR(外

10、部數(shù)據(jù)存儲器寫選通) P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)(7) RST:：復位輸入。晶振工作時，RST腳持續(xù)2個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址 8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認狀態(tài)下，復位高電平有效。(8) ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）是訪問外部程序存儲器時，鎖存低 8 位地址的輸出脈沖。在flash編程時，此引腳（PROG）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調(diào)，在每次訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時

11、，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（地址為8EH的SFR的第0位）的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模式下無效。(9)PSEN：外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當 AT89C51從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。(10)EA/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GN

12、D。為了執(zhí)行部程序指令，EA應該接VCC。在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。(11) XTAL1：振蕩器反相放大器和部時鐘發(fā)生電路的輸入端。(12) XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.2.2超聲波諧振頻率調(diào)理電路模塊本模塊以HD74LSO4芯片為核心的電路設計，其電路圖如圖3-5。發(fā)射電路主要由反相器74LS04和超聲波發(fā)射換能器T構(gòu)成，單片機P1.0端口輸出的40kHz的方波信號一路經(jīng)一級反向器后送到超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向器后送到超聲波換能器的另一個電極，用這種推挽形式將方波信號加到超聲波換能器的兩端，可以提高超聲波的發(fā)射強度。輸出端采兩個反向器并聯(lián)

13、，用以提高驅(qū)動能力。上位電阻R10、R11一方面可以提高反向器74LS04輸出高電平的驅(qū)動能力，另一方面可以增加超聲波換能器的阻尼效果，縮短其自由振蕩時間。其原理圖如圖3-3所示。圖3-3 超聲波諧振頻率調(diào)理電路壓電式超聲波換能器是利用壓電晶體的諧振來工作的。超聲波換能器部有兩個壓電晶片和一個換能板。當它的兩極外加脈沖信號，其頻率等于壓電晶片的固有振蕩頻率時，壓電晶片會發(fā)生共振，并帶動共振板振動產(chǎn)生超聲波，這時它就是一個超聲波發(fā)生器；反之，如果兩電極同未外加電壓，當共振板接收到超聲波時，將壓迫壓電晶片作振動，將機械能轉(zhuǎn)換為電信號，這時它就成為超聲波接收換能器。超聲波發(fā)射換能器與接收換能器在結(jié)構(gòu)

14、上稍有不同，使用時應分清器件上的標志。3.2.3超聲波回路接收處理模塊集成電路CX20106A是一款紅外線檢波接收的專用芯片，常用于電視機紅外遙控接收器?？紤]到紅外遙控常用的載波頻率38 kHz與測距的超聲波頻率40 kHz較為接近，可以利用它制作超聲波檢測接收電路(如圖3-4)。實驗證明用CX20106A接收超聲波(無信號時輸出高電平)，具有很好的靈敏度和較強的抗干擾能力。適當更改電容C4的大小，可以改變接收電路的靈敏度和抗干擾能力。圖3-4 超聲波檢測接收電路3.2.4數(shù)碼管顯示模塊本電路的顯示模塊主要由一個4位一體的7段LED數(shù)碼管構(gòu)成，用于顯示測量到的電壓值。它是一個共陽極的數(shù)碼管，每

15、一位數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,g和dp端都各自連接在一起，用于接收單片機的P1口產(chǎn)生的顯示段碼。S1，S2，S3，S4引腳端為其位選端，用于接收單片機的P2口產(chǎn)生的位選碼。本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描方式。掃描方式是用其接口電路把所有數(shù)碼管的8個比劃段ag和dp同名端連在一起，而每一個數(shù)碼管的公共極COM各自獨立地受I/O線控制。CPU從字段輸出口送出字型碼時，所有數(shù)碼管接收到一樣的字型碼，但究竟是哪個數(shù)碼管亮，則取決于COM端。COM端與單片機的I/O接口相連接，由單片機輸出選碼到I/O接口，控制何時哪一位數(shù)碼管被點亮。在輪流點亮數(shù)碼管的掃描過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間極為短暫。但由于人的視覺暫

16、留現(xiàn)象，給人的印象就是一組穩(wěn)定顯示的數(shù)碼。動態(tài)方式的優(yōu)點是十分明顯的，即耗電省，在動態(tài)掃描過程中，任何時刻只有一個數(shù)碼管是處于工作狀態(tài)的。具體原理圖如圖3-5圖3-5 數(shù)碼管顯示模塊3.3 系統(tǒng)總原理圖說明總原理圖參見附錄一。電路由超聲波傳感器、單片機、發(fā)射/接收電路和LED顯示器組成。以單片機AT89C51為主處理器，通過超聲波傳感器發(fā)射和接收超聲波，再通過單片機中斷測出單片機由發(fā)射到接收到超聲波的時間，再計算出單片機與被測物體之間的距離，然后通過數(shù)碼管顯示出被測物體與單片機之間的距離。發(fā)射電路主要由74LS04和超聲波換能器構(gòu)成用單片機P1.0端口輸出40KHZ方波信號一路經(jīng)一級反向后送到

17、超聲波換能器的一個電極，另一路經(jīng)兩級反向后送到超聲波換能器的另一個電極。超聲波接收采用的是常用于電視紅外遙控接收器的芯片CX20106A。顯示電路采用四位數(shù)碼管的動態(tài)顯示。3.4 系統(tǒng)印刷電路板的制作圖詳見附錄二。3.5 系統(tǒng)的操作說明接通電源，按下開關(guān)，電源指示燈亮，顯示管顯示0000。將聲波發(fā)射器對準障礙物時，在測量圍顯示管顯示距離，當靠近0.5m-1.11m之間的時候蜂鳴器開始報警，當離障礙物小于0.5m的時候，顯示管顯示亂碼此時處于測試盲區(qū)。3.6 系統(tǒng)操作注意事項1.通電使用前先對照電路板與電路圖是否有錯焊、漏焊、短路、開路、元器件相碰等現(xiàn)象，有要處理好后再使用。2.通電使用前先檢查

18、好電路板是否與電源供電線、驅(qū)動電路開關(guān)與負載供電線、負載供電線之間相互接反，不得在接錯的情況下通電，要處理好后再使用。3.通電使用時人體不得與電路板線路任何一個部位相碰，防止觸電，注意安全。4.應把電極片與電路板隔離，避免電極片與電路板上元器件相碰觸發(fā)生短路現(xiàn)象。 5.通電時應把電路板放在絕緣物體上，避開其他導電物體避免發(fā)生短路現(xiàn)象。6.使用時聞到燒焦味、發(fā)現(xiàn)元器件或集成塊冒煙燒毀應立即斷開電源，待電路板查明原因處理好后才可以繼續(xù)通電使用。參考文獻1長贊.紅外線與超聲波遙控·人民郵電.1993.1591892胡萍.超聲波測距儀的研制.大學.2000.1031593鳳然.基于單片機的超

19、聲波測距系統(tǒng).傳感器世界.2001.20314靳達.單片機應用系統(tǒng)開發(fā)實例導航.人民郵電.2003.26295余永權(quán)、汪明慧等.單片機在控制系統(tǒng)中的應用.電子工業(yè).2004.45516胡漢才.單片機原理與其接口技術(shù).清華大學.2004.11237藝剛.單片機原理與接口技術(shù).航空航天大學.2005.681058偉.超聲波測距誤差分析.傳感器技術(shù).2005.第五期.239華.單片機語言編程.航空航天大學.2005.265610高飛燕.基于單片機的超聲波測距系統(tǒng)的設計.信息技術(shù).2005.415211周荷琴、吳秀清.微型計算機原理與接口技術(shù).中國科學技術(shù)大學.2009.4547致詞大學三年一眼即逝。

20、首先我要感在背后辛勤勞動默默支持著我的父母，是他們的付出才有我在校園安靜學習生活的機會。接著感宋進老師細心為我修改論文，從他那里學到的不只是專業(yè)知識，更多的是做人的道理。感梁峰林老師三年來擔任我們的班主任，對我們生活、學習方面都付出了許多努力，沒有她的帶領(lǐng)，我們不會成為合格的畢業(yè)生，另外還要感清生、維清、輝煌、邱興陽、阿弟、林壽光、宋進老師，他們在學習方面給了我大量的指導，讓我學到了知識，也獲得了實踐鍛煉的機會。他們嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、對我的嚴格要求以與為人處世的坦蕩將使我終身受益。除此之外，他們對我生活的關(guān)心和照顧也使得我得以順利完成大學的學業(yè)。在此祝愿他們身體健康，全家幸福！其次感湄洲灣職業(yè)技

21、術(shù)學院，給我提供這么好的學習生活環(huán)境，在校學習和生活的日子是我一生中一段難忘的經(jīng)歷。最后還要感三年來一起生活學習的同學們，人生旅途中有著各種的幸酸與喜悅。是你們在陪伴著我一起度過，希望即將融入社會的你們能夠闖出屬于自己的一片天空。附錄附錄一：電路總原理圖附錄二：印刷電路板原理圖附錄三：元件清單序號元件名稱型號與規(guī)格單位數(shù)量1電阻R8 R9 R38 1K只32電阻R1 10K只13排阻 RP1 10K只14電阻R10 R11 R12 R13 R31 2.2K只55電阻R15 R16 200K只26電阻R2 R14 10歐只27磁片電容C2 C3 30P (300)只28磁片電容C6 330pf

22、（331）只19磁片電容C11 104只110磁片電容C9 473只111二級管 D12 LED只112電解電容C1 10UF C10 C17 4.7UF 只313蜂鳴器蜂鳴器只114超聲波探頭40R 40T 只215三極管Q1Q5 8550只516電源插座DC 3.5*1.1只117數(shù)碼管四位一體共陽數(shù)碼管只118集成電路74HC04 CX20106A只219晶振12M只120芯片 IC 座40腳 14腳只221單片機STC89C51只122開關(guān)6*6*5按鍵 自鎖開關(guān)只223電源線USB電源線條124焊錫0.6焊錫米1附錄四：系統(tǒng)程序#include <reg51.H> sbi

23、t k1=P34; sbit csbout=P10; /超聲波發(fā)送 sbit csbint=P32; /超聲波接收 sbit bg=P33; #define LED P0 sbit LED1=P24; /LED控制 sbit LED2=P25; /LED控制 sbit LED3=P26; /LED控制 sbit bj=P20;/報警#define csbc 0.0347 unsigned char cl,mqzd,csbs,csbds,buffer3,xm1,xm2,xm0,jpjs;/顯示標識 unsigned char convert10=0x18,0x7b,0x2c,0x29,0x4b,

24、0x89,0x88,0x3b,0x08,0x09;/09段碼 unsigned int s,t,i,xx,j,sj1,sj2,sj3,mqs,sx1; void csbcj(); void delay(j); /延時函數(shù) void scanLED(); /顯示函數(shù) void timeToBuffer(); /顯示轉(zhuǎn)換函數(shù) void keyscan(); void k1cl(); void k2cl(); void k3cl(); void k4cl(); void offmsd(); void main() /主函數(shù) EA=1; /開中斷 TMOD=0x11; /設定時器0為計數(shù)，設定時器1定

25、時 ET0=1; /定時器0中斷允許 ET1=1; /定時器1中斷允許 TH0=0x00; TL0=0x00; TH1=0x9E; TL1=0x57; csbds=0; csbout=1; cl=0; csbs=8; jpjs=0; sj1=50;/測試報警距離 sj2=200; sj3=580; k4cl(); TR1=1; while(1) keyscan(); if(jpjs<1) csbcj(); /調(diào)用超聲波測距程序 if(s>sj3) /大于時顯示“CCC” buffer2=0xC6; buffer1=0xC6; buffer0=0xC6; else if(s<s

26、j1) /小于時顯示“- - -” buffer2=0xBF; buffer1=0xBF; buffer0=0xBF; else timeToBuffer(); else timeToBuffer(); /將值轉(zhuǎn)換成LED段碼 offmsd(); scanLED(); /顯示函數(shù) if(s<sj1) bg=0; bg=1; void scanLED() /顯示功能模塊 LED=buffer0; LED3=0; delay(200); LED3=1; LED=buffer1; LED2=0; delay(200); LED2=1; LED=buffer2; LED1=0; delay(20

27、0); LED1=1; void timeToBuffer() /轉(zhuǎn)換段碼功能模塊 xm0=s/100; xm1=(s-100*xm0)/10; xm2=s-100*xm0-10*xm1; buffer2=convertxm2; buffer1=convertxm1; buffer0=convertxm0; void delay(i) while(-i); void timer1int (void) interrupt 3 using 2 TH1=0x9E; TL1=0x57; csbds+; if(csbds>=40) csbds=0; cl=1; void csbcj() if(cl=1) TR1=0; TH0=0x00; TL0=0x00; i=csbs; while(